Träpanelers bidrag till brandmotståndet

»< _ >

Joakim Norén, Birgit Östman

Träpanelers bidrag till

brandmotståndet

Contribution to Fire Resistance

from Wood Boarding

Trätel<nikCentrum

Joakim Norén och B i r g i t östman

T R Ä P A N E L E R S B I D R A G T I L L B R A N D M O T S T A N D E T

Contribution to Fire Resistance from ]^ood Boarding

TräteknikCentrum Rapport I 8609054

Nyckelord

boarding

fire penetration time fire ref'istance integrity

temperature failure tongue and groove joints wood boarding

I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G Sid SAMMANFATTNING 3 INLEDNING 5 EXPERIMENTELLT 6 P r o v n i n g s u t r u s t n i n g 6 P r o v m a t e r i a l 9 Forsöksutforande 9 PANELERNAS BIDRAG TILL BRANDMGTSTÄNDET 10

Repeterbarhet 13 T j o c k l e k 15 D e n s i t e t 16 Fuktkvot 17 O l i k a p a n e l t y p e r 19 Flamskyddsbehandlade paneler 21 Brandinträngning - förkolning 22

DISKUSSION OCH SLUTSATSER 24

REFERENSER 25 SUMMARY 26

SAMMANFATTNING

Träpanelers b i d r a g t i l l det t o t a l a brandmotståndet för en k o n s t r u k t i o n har bestämts e x p e r i m e n t e l l t genom försök i l i t e n ugn. Studien har om-f a t t a t de v a n l i g a s t e invändiga spontade p r o om-f i l e r n a . Samtliga p a n e l e r h a r p r o v a t s u t a n i s o l e r i n g och i v e r t i k a l t läge.

Brandmotståndet har bestämts v i d spont och i några f a l l m i t t på panelens f l a t s i d a . Spontfogen är i s a m t l i g a f a l l avgörande för panelernas t o t a l a b i d r a g t i l l brandmotståndet. S k i l l n a d e n i brandmotstånd mellan o l i k a pa-n e l t y p e r med samma t j o c k l e k är l i t e pa-n .

Tjockleken är den parameter som har störst inverkan på panelens b i d r a g t i l l brandmotståndet. Parametrar som d e n s i t e t , f u k t k v o t , k v i s t , kärnved och s p l i n t v e d påverkar brandmotståndet i mindre utsträckning. Flamskydds-färger kan öka brandmotståndet, medan k o n v e n t i o n e l l flamskyddsimpregne-r i n g i n t e påveflamskyddsimpregne-rkaflamskyddsimpregne-r bflamskyddsimpregne-randmotståndet.

Brandmotståndet bestäms o f t a r e av i s o l e r i n g s k r a v e n (max- och medeltempe-r a t u medeltempe-r ) än av i n t e g medeltempe-r i t e t s k medeltempe-r a v e t (täthet mot lågomedeltempe-r).

Brandens inträngningshastighet på panel är ca 0,9 - 1,1 mm/min och v i d spont ca 1,2 - 1,7 mm/min (räknat på t o t a l p a n e l t j o c k l e k ) för s a m t l i g a provade p a n e l e r . Förkolningshastigheten på panel är lägre än 0,8 mm/min, d v s av samma s t o r l e k s o r d n i n g som v a n l i g e n anges f o r massivt trä.

Brandmotståndet för 15 mm träpanel är ca 10 min, v i l k e t väl överensstäm-mer med 9 mm beklädnadsskiva. 21 mm träpanel motsvarar ungefär 12 mm be-klädnadsskiva.

temperaturstegring, 800-1 600-\ ugnstemperatur standcrdbrandkurvG maxtemperatur y -//-Aiieox A T UO^C medel-temperatur tid, mm I 20

Figur 1 . Ugnstemperatur samt temperatur på provkroppen med gränser för medeltemperatur och maximal temperatur i enstaka punkt angivna,

INLEDNING

Träpaneler utgör v a n l i g e n en y t t r e d e l av e t t vägg- e l l e r bjälklagsele-ment. I b l a n d kan elementet bestå av endast en t j o c k träpanel. I båda f a l l e n är träpanelen v a n l i g e n spontad, d v s sammanfogad med s k n o t och fjäder. Spontens u t f o r m n i n g och p r o f i l kan v a r i e r a (Träinformation) men spontfogen är o f t a s t tunnare än panelen i övrigt. Den kan därför förvän-tas vara avgörande för panelens brandmotstånd. Några s t u d i e r av brandmotståndet hos o l i k a spontade träprofiler är dock i n t e kända. T i d i g a r e s t u -d i e r har främst a v s e t t förkolningshastighet hos grova -dimensioner av trä (Hadvig, S c h a f f e r ) .

Brandmotståndet hos byggnadsdelar och k o n s t r u k t i o n e r , t ex hela väggar e l l e r bjälklag, provas e n l i g t en i n t e r n a t i o n e l l t accepterad provningsme-tod, ISO 834. Dess svenska m o t s v a r i g h e t är SIS 02 48 20. Provningen ge-nomförs i f u l l s k a l a , d v s med provelement t y p väggar av s t o r l e k ca 3 X 3 m, som p l a c e r a s som ena sidan i en s t o r ugn. I n u t i ugnen höjs tem-p e r a t u r e n e n l i g t en s t a n d a r d t i d - t e m tem-p e r a t u r k u r v a som d e f i n i e r a s i meto-den, se f i g u r 1 . S a m t i d i g t mäts temperaturen på byggnadsdelens oexponera-de s i d a . Provningen utförs med e l l e r utan pålagd y t t r e l a s t beroenoexponera-de på om bärande och a v s k i l j a n d e e l l e r endast a v s k i l j a n d e byggnadsdel avses. Den får fortgå t i l l s något av de t r e f u n k t i o n s k r a v e n i n t e längre upp-f y l l s :

I s o l e r i n g , d v s temperaturen på den oexponerade s i d a n får i n t e öka mer än 140 *C i genomsnitt e l l e r 180 °C för enstaka punkt.

- Täthet e l l e r i n t e g r i t e t , d v s byggnadsdelen får i n t e släppa igenom eldslågor e l l e r heta gaser.

- Bärförmåga för avsedd l a s t ( k r a v e t utgår för icke-bärande byggnads-d e l a r ) .

Tiden t i l l s något av dessa f u n k t i o n s k r a v i n t e längre u p p f y l l s utgör d e f i -nitionsmässigt byggnadsdelens brandmotstånd ( i m i n u t e r ) .

Brandmotstånd d e f i n i e r a t på d e t t a sätt avser i första hand en h e l kon-s t r u k t i o n , men kan även tillämpakon-s på en d e l därav och k a l l a kon-s då lämpligen b i d r a g t i l l brandmotstånd. På så sätt kan b i d r a g e t från o l i k a komponenter i k o n s t r u k t i o n e n u p p s k a t t a s och l i g g a som grund för beräkning av h e l a k o n s t r u k t i o n e n s brandmotstånd. D e t t a betraktelsesätt har t i d i g a r e tilläm-pats b l a för s k i v m a t e r i a l (Norén och östman).

S y f t e t med denna s t u d i e är a t t bestämma spontade träpanelers b i d r a g t i l l brandmotståndet och i n v e r k a n av några v i k t i g a f a k t o r e r .

EXPERIMENTELLT P r o v n i n g s u t r u s t n i n g

En ugn i l i t e n s k a l a har använts för a t t bestämma träpanelers b i d r a g t i l l brandmotståndet. Ugnen ger en t e r m i s k påverkan motsvarande t i d t e m p e r a -t u r k u r v a n för s-tandardbrand e n l i g -t ISO 834 och SIS 02 48 20.

Ugnen har t i d i g a r e använts för bestämning av s k i v o r s b i d r a g t i l l brand-motståndet (Norén och östman). I samband därmed genomfördes även försök i f u l l s k a l a som visade a t t överensstämmelsen var god.

Ugnens uppbyggnad framgår av f i g u r 2. Den består av en stållåda med de utvändiga måtten 620x525x600 mm. Den är invändigt klädd med i s o l e r t e g e l typ P o r o s i l - G med d e n s i t e t e n ca 850 kg/m3 och t j o c k l e k e n 70 mm. I n s i d a n av ugnen är putsad med e t t 3 mm t j o c k t s k i k t av e l d f a s t cement. Mellan stålskal och t e g e l f i n n s e t t t u n t s k i k t s t e n u l l som t a r upp temperatur-rörelser. Ugnen upphettas med en gasolbrännare. Tillförsel av s y r e och gas r e g l e r a s m a n u e l l t .

Ugnen kan användas för v e r t i k a l a e l l e r h o r i s o n t e l l a provkroppar genom a t t den h e l t e n k e l t vänds. Provkropparna har måtten 500x600 mm och spänns f a s t mot en tätande kant av s t e n u l l . Den exponerade y t a n är 365x460 mm. Såväl enkla som sammansatta provkroppar kan användas.

Temperaturer i ugn och på provkroppar mäts med termoelement av t y p Cromel Alumel. I ugnen används för s t y r n i n g e t t m a n t l a t termoelement med tråd-diametern 0,47 mm och t i d s k o n s t a n t e n 4 s. På p r o v e t fördelas t i o termo-element med tråddiametern 0,51 mm jämnt över den oexponerade s i d a n , fem v i d spont och fem v i d p a n e l . Se f i g u r 3.

Termoelementen löds f a s t på e t t t u n t kopparbleck ca 1 cm^, och limmas mot provkroppen med e t t f e n o l r e s o r c i n o l l i m . över termoelementen limmas en tunn oorganisk s k i v a , N a v i l i t , med måtten 30x30x2 mm.

Provningarna har genomförts v i d TräteknikCentrums b r a n d l a b o r a t o r i u m i Stockholm.

FRÅN SIDAN: temperatur-mätning t ryck möt ning tving - spannram (runt kanten) -prov skorsten (på baksidan) - brännor-ingflng UPPIFRÅN: skorsten -plit, 3 mm -stenull, 10mm -isolertegel, 2«35 mm -eldtast cement

. - I

Skorsten totallängd co 3 m Spjäll för tryck-reglering 60 mm Brännare I : : .V T)) tryckreglering till reduceringsvenfil och gasolfloska

F i g u r 2. L i l l a ugnens uppbyggnad samt t i l l höger s k o r s t e n och brännare

F i g u r 3. Termoelementens p l a c e r i n g v i d spont och på p a n e l .

TABELL 1 . Provade p a n e l t y p e r . Paneltyp Trä-s l a g Tjock-l e k mm Bredd mm Slätspont * Furu 8 , 1 9 5 ti n _{1 4 , 9} M I I 2 0 , 8 1 I I _Gran 2 2 , 0 I I I I _{3 2 , 3} 1 I I _Furu 4 4 , 4 Ek 1 4 , 8 1 Enkelfasspont Furu 1 5 , 5 1 Dubbelfasspont

"

1 4 , 9 1 Pärlspont I I 1 5 , 6 1 Spårpanel 1 * * raka kanter avspänningsspår I I 1 2 , 9 1 2 0 Spårpanel 2 * * fasade kanter avspänningsspår Gran 1 2 , 2 1 Spårpanel 3 * * fasade k a n t e r Furu 1 2 , 5 ?5 * T i l l v e r k a d p a n e l , e j s t a n d a r d s o r t i m e n t

P r o v m a t e r i a l

P r o v m a t e r i a l e t bestod av spontade paneler i t j o c k l e k a r mellan 8 och 45 mm. Panelerna var i första hand av f u r u men även paneler av gran samt en ekpanel i n g i c k .

Panelerna har t a g i t s u t v i d en trävaruhandel. De v a n l i g a s t e invändiga p r o f i l e r n a ingår. Se t a b e l l 1 . Två p r o f i l e r , en tunn slätspont av f u r u och en slätspont av ek, f i c k t i l l v e r k a s då de i n t e ingår i det v a n l i g a s o r t i m e n t e t .

Panelerna har v a l t s så a t t i n v e r k a n av o l i k a parametrar såsom t j o c k l e k , d e n s i t e t , k v i s t mm kan studeras så s y s t e m a t i s k t som möjligt. D e n s i t e t e n bestämdes med hänsyn t i l l tvärsnittsyta och v i k t . Paneler med jämn densi-tet s a t t e s ihop t i l l provkroppar. S k i l l n a d e n i d e n s i t ' inom v a r j e prov-kropp och mellan dubbelprov b l e v därmed l i t e n .

Panelerna spikades med h o r i s o n t e l l a f o g a r och med s y n l i g s p i k n i n g på två träläkt 20x40 mm.

Brandmotståndet på p a n e l a v s n i t t e t mellan spont bestämdes på provkroppar med förstärkta s k a r v a r . Förstärkningen u t g j o r d e s av en f u r u l i s t som spik-limmades över skarven. T o t a l t provades ca 60 provkroppar.

P r o v m a t e r i a l e t k o n d i t i o n e r a d e s före p r o v n i n g t i l l jämvikt i 65% r e l a t i v l u f t f u k t i g h e t v i d 20 °C. Enda undantagen var de paneler som torkades för a t t s t u d e r a f u k t e n s i n v e r k a n på brandmotståndet. Fuktkvoten mättes

omedelbart före brandprovet med e l e k t r i s k fuktkvotsmätare. Se t a b e l l 2 och 3.

Försöksutförande

Provkropparna u t s a t t e s för en t e r m i s k påverkan motsvarande t i d t e m p e r a -t u r k u r v a n för s-tandardbrand e n l i g -t ISO 834 och SIS 02 48 20. Sam-tliga provkroppar placerades v e r t i k a l t i ugnen. Temperaturer i ugn och på prov-kroppar r e g i s t r e r a d e s i d a t o r var 15:e sekund.

Under försöken g j o r d e s även v i s u e l l a o b s e r v a t i o n e r för a t t bestämma pane-l e r n a s i n t e g r i t e t och förkopane-lning. Försöken pågick i apane-lpane-lmänhet t i pane-l pane-l s varken t e m p e r a t u r - e l l e r int«grltetskraven längre u p p f y l l d e s .

10

PANELERNAS BIDRAG TILL BRANDMOTSTÄNDET

Panelernas t o t a l a brandmotstånd bestäms i s a m t l i g a f a l l av brandmotstån-det v i d spont. Brandmotstånbrandmotstån-det bestäms något o f t a r e av i s o l e r i n g s k r a v e t än av i n t e g r i t e t e n . För i s o l e r i n g s k r a v e t gäller i allmänhet a t t maximi-temperaturen överskrids först, v i l k e t framgår av t a b e l l 2.

Brandmotståndet kan även bestämmas m i t t på panelens f l a t s i d a om spontan skyddas, se t a b e l l 3. I f l e r t a l e t f a l l är då kraven på i s o l e r i n g avgörande, v a r v i d k r a v e t på medeltemperatur i allmänhet överskrids först. I n t e -g r i t e t e n bibehålls län-gre utom v i d nå-gra f a l l då d e t förekom s p r i c k o r i panelerna. Sådana s p r i c k o r uppkom i b l a n d i samband med hopspikningen av provkroppar. TABELL 2. P r o v r e s u l t a t v i d spont. Paneltyp Tjock-l e k mm Dens t e t kg/m i - Fukt-kvot 1=140" min:s T=180' min:s I n t e g r i -t e -t min:s Slätspont, f u r u 8,1 585 12,5 5:27 5:10* 6:00 i i _ 8,1 540 12,9 5:55 5:08*

-i -i _ _{14,9 550 12,7}

-

-

12:00 i i _ _14,9 505 12,2 10:49 10:21* 10:55 1 1 ^ _20,8 505 11,8 15:30 14:54*

-1 -1 ^ 20,8 485

-

-

14:21 13:00* 1 1 ^ 14,9 550 12,3 9:09* 9:12 9:15 i i _ _{14,9 525 12,4 9:09 8:55*} 9:40 1 1 ^ _20,8 555 11,5 14:37 14:12 14:00* Slätspont, gran låg f u k t k v o t 22,0 450 6,2 11:12 10:40* 11:45 i i _ _{22,0 455 7,0 12:54 12:40} 11:47* Slätspont, ek 14,8 650 10,8 14:12 14:15 13:15* i i _ _{14,8 655 10,8 12:35 12:18 11:25*} Enkelfasspont, f u r u 15,5 490 11,2 13:25 13:12 12:00* i i _ _{15,5 475 12,0 15:20 15:14 13:20*} i i _ _{15,5 455 11,4 11:57 11:46 11:00*} Dubbelfasspont, f u r u 14,9 495 11,8 12:10 11:43* 13:00 i i _ _{14,9 465 11,8 12:16 12:01 ca 12*} Pärlspont, f u r u 15,6 510 13,0 12:11* 12:24 12:30 i i _ _{15,6 525 13,8 12:54 12:34* 12:50} f o r t s .

11

TABELL 2. f o r t s .

Paneltyp Tjock- Densi- Fukt- 1=140° T=180° I n t e g r i

-Paneltyp

l e k t e t kvot t e t

mm kg/m^ % min:s min:s min:s

Spårpanel 3, f u r u 12,5 595 13,8 8:47* 9:34 9:55 fasade kanter 12,5 515 13,1 7:41 7:25* 8:40 Spårpanel 1, f u r u 12,9 540 12,3 9:37 9:04* 10:22 raka k a n t e r avspänningsspår n _ _{12,9 475 12,3} 10:55* 11:14 11:25 n _ _{12,9 485 12,4 8:25} 8:18* 8:30 Spårpanel 2, gran 12,2 485 12,8 11:15 11:27 10:20* fasade k a n t e r avspänningsspår 12,3 490 12,4 10:58 10:58 10:10* Flamskyddsmålad panel Spårpanel 1 , f u r u 12,9 450 13,6 14:43 14:39* 14:45 avspänningsspår Brennicks l a c k 12,9 440 13,0 15:48* 15:54 16:00 Spårpanel 1, f u r u 12,9 490 13,1 14:17 14:13* 14:30 avspänningsspår P y r o p l a s t l a c k 12,9 500 12,8 13:13 12:40* 13:10 Spårpanel 1 , f u r u 12,9 485 11,8 11:26 10:54* 11:55 avspänningsspår Hensotherm lack I I _ 12,9 515 11,1 11:54 11:49* 12:00 Spårpanel 1, f u r u 12,9 515

-

11:51 11:40 11:15* avspänningsspår Hensotherm färg 12,9 515 12,5 13:19 14:02 12:40* Flamskyddsimpregn panel Spårpanel 3, f u r u 12,5 5 5 5 / 6 6 5 I ) _ 8:31 7:59 7:40* B o l i d e n Flameproof I I _ 12,5 575/680 1) _ 8:16* 8:38 8:50 * Avgörande för b i d r a g t i l l brandmotståndet, d v s k o r t a s t e t i d e n . 1) Före och e f t e r i m p r e g n e r i n g .

13 TABELL 3. P r o v r e s u l t a t på p a n e l . Paneltyp T j o c k Densi F u k t T=140" T=180° I n t e g r i -l e k mm t e t kg/m^ kvot ty /O min 12 min:s t e t min:s Slätspont, f u r u 8,1 600 12,1 5:43 5:29* ca 6 i i _ _{8,1 510} 11,9 7:37* 8:20

-Slätspont, ek 15,5 685 10,0 14:38* 15:25 18:05 15,5 730 10,0 14:54 15:19 13:10* 1) Pärlspont, f u r u 15,6 610 12,0 17:00* 18:11 17:15 Spårpanel 1, f u r u t o r k a d 12,9 550 4,0 12:46* 14:49 — 12,9 505 3,8 12:01* 14:00

-Spårpanel 3, f u r u kärnved 12,5 560 12,7 14:58* 16:24

-I -I _ _{12,5 510} 13,2 13:57* 15:31

-Slätspont, f u r u s p l i n t v e d 14,9 515 13,3 15:39* 16:01 — i i _ _{14,9 555} 12,6 15:54 15:04*

-Spårpanel 3, f u r u avspänningsspår 12,5 470 12,9 13:29* 13:47 — I I _ _{12,5 490} 12,1 13:04* 13:23

-1) Slätspont, f u r u k v i s t 14,9 545 12,0 16:12 16:15 14:00* 1) i i _ _14,9 510 12,6 15:30 14:40*

-Flamskyddsimpregn panel Spårpanel 3, f u r u B o l i d e n Flameproof 12,5 560/659' 2) 15:15* 16:16 16:00 1) I I _ 12,5 505/615

-

12:28 12:42 12:00* 1) * Avgörande för b i d r a g t i l l brandmotståndet, d v s k o r t a s t e t i d e n . 1) Sprack t i d i g t . 2) Före och e f t e r i m p r e g n e r i n g . Repeterbarhet

Samtliga försök genomfördes som dubbelprov. Repeterbarheten v i d dessa var god. E t t par paneler gav dock en v i s s s p r i d n i n g . V i d spont var s k i l l n a d e n mellan dubbelprov i genomsnitt ca 1,1 min.

S k i l l n a d e n mellan dubbelprov v a r störst på p a n e l a v s n i t t e t och i genomsnitt ca 1,5 min v i l k e t främst berodde på a t t några paneler sprack t i d i g t .

14 20 15 10

brantJmotstånd. min

VID SPONT

• • • slätspont « slätspont e k X e n k e l f a s s p o n t * d u b b e l f a s s p o n t O p S r l s p o n t •t s p S r p a n e l (1) X s p d r p a n e l (2) g r a n X spårpanel (3) ^ spärpanel (3) f l a m s k y d d s i m p r e g n e r a d

t j o c k l e k , mm

10 15 20 25

F i g u r 4. Brandmotstånd v i d spont som f u n k t i o n av t j o c k l e k e n .

20 15 10

brandmotstånd, min

PÄ PANEL • s i a t s p o n t - I - slätspont s p l i n t v e d ^ slätspont ek O pärlspont X spärpanel (3) A spärpanel (3) kärnved O spärpanel (3) f l a n s k y d d s i n p r e g n e r a d

t j o c k l e k , mm

10 15 20 25

15

T j o c k l e k

T j o c k l e k e n är den parameter som har störst i n v e r k a n på panelernas b i d r a g t i l l brandmotståndet, både v i d spont och på p a n e l .

I f i g u r 4 ges Sambandet är i Ett par t j o c k a osäkra p g a a Orsaken är t r o förångas. Någo brandmotstånd d u b b e l f a s - och

brandmotståndet v i d spont som f u n k t i o n av p a n e l t j o c k l e k e n s t o r t s e t t rätlinjigt för p a n e l t j o c k l e k a r upp t i l l 25 mm re p a n e l e r av samma t y p i n g i c k också men r e s u l t a t e n är t t temperaturen i ugnen sjönk under tillåtna minimivärden, l i g e n f u k t e n i panelerna, som kräver e x t r a e n e r g i för a t t t förvånande är a t t slätsponten s n a r a s t har e t t lägre än p a n e l e r som är tunnare v i d spont, t ex e n k e l f a s - ,

pärlspont.

På p a n e l a v s n i t t e t bestämdes b i d r a g e t t i l l brandmotståndet på provkroppar med förstärkta s k a r v a r . V a l e t av p a n e l t y p har därför l i t e n i n v e r k a n . I f i g u r 5 ges brandmotståndet på panel som f u n k t i o n av t j o c k l e k e n . Brand-motståndet på panel är större och ökar något snabbare med t j o c k l e k e n än v i d spont. S p r i c k o r uppstod i e t t av dubbelproven både på ekpanelen och den tunna f u r u p a n e l e n , v i l k e t d r a r ned deras medelvärden något.

Två t j o c k a p a n e l e r , ca 44 mm, med förstärkta s k a r v a r provades också. För a t t minska t e m p e r a t u r f a l l e t i ugnen torkades panelerna t i l l låg f u k t -k v o t . F i g u r 6 v i s a r t i d - t e m p e r a t u r -k u r v o r n a på panel för en av prov-krop- provkrop-parna. Aven~här s j u n k e r temperaturen i ugnen under tillåtna minimivärden, men först e f t e r ca 44 min. Panelen har låg f u k t k v o t , ca 1,5 ^, v i l k e t ger något lägre brandmotstånd. Brandmotståndet är därför minst 44 min.

1000 800 600 400 200

t e m p e r a t u r s t e g r i n g . C

s t a n d a r d b r a n d k u r v a

ugnstemperatur

på panel ^m c 140 c maxtemperatur_---s^^^-^"''^ temperatur min 0 10 20 30 40 50 60

F i g u r 6. Max- och m e d e l t e m p e r a t u r s t e g r i n g på panel för 44 mm slätspont med låg f u k t k v o t , ca 1.5 %. E f t e r ca 44 min är ugnstemperaturen lägre än tillåten m i n i m i a v v i k e l s e . Brandmotståndet kan därför i n t e bestämmas mer noggrant an t i l l "större än 44 min".

16

D e n s i t e t

Densiteten hos f u r u och granpanel tycks i n t e inverka på panelernas b i -drag t i l l brandmotståndet inom d e t provade d e n s i t e t s i n t e r v a l l e t . Figur 7 v i s a r sambandet mellan brandmotstånd på panel och d e n s i t e t . Sambandet kan approximeras med en nästan h o r i s o n t e l l l i n j e .

Ekpanelen har dock en tendens t i l l lägre brandmotstånd t r o t s hög d e n s i -t e -t , 685 resp 730 kg/m-'. De-t kan förklaras med a -t -t värmeledningsförmågan ökar med en ökande d e n s i t e t , v i l k e t har b e t y d e l s e när t e m p e r a t u r k r i t e r i e r är avgörande. (För förkolning dominerar i allmänhet andra f a k t o r e r .) Ekpanelen med högst d e n s i t e t sprack dessutom t i d i g t , innan t e m p e r a t u r k r i t e -r i e -r n a hade öve-rsk-ridits.

För s a m t l i g a paneler i f i g u r e n har brandmotståndet k o r r i g e r a t s t i l l 14 mm p a n e l t j o c k l e k . Panelernas d e n s i t e t har bestämts med hänsyn t i l l tvär-s n i t t tvär-s a r e a och v i k t . V a r j e provkropp hade jämn d e n tvär-s i t e t över hela prov-y t a n . Densiteten anges därför som e t t medelvärde av s a m t l i g a paneler i provkroppen.

30

20

10 O

brandmotstånd, min

PÅ PANEL ^ < - X - 4 F XX O pärlspont X spårpanel (3) A spårpanel (3) kärnved + slätspont s p l i n t v e d slätspont ek

d e n s i t e t kg/m3

400 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 0 8 0 0

Figur 7. Densitetens i n v e r k a n på p a n e l a v s n i t t e t s b i d r a g t i l l brandmot-ståndet v i d 14 mm p a n e l t j o c k l e k . Ekpanelen längst t i l l höger i diagrammet sprack t i d i g t .

17

F u k t k v o t

Samtliga paneler k o n d i t i o n e r a d e s t i l l fuktjämvikt v i d 65% r e l a t i v l u f t f u k t i g h e t och 20°C utom i de f a l l f u k t e n s i n v e r k a n studerades. Då t o r k a -des f y r a paneler med förstärkta s k a r v a r , två i torkskåp och två i rumsk l i m a t . F i g u r 8 v i s a r hur brandmotståndet på panel örumskar med örumskad f u rumsk t k v o t . Samtliga värden har räknats om t i l l 14 mm p a n e l t j o c k l e k . Inom f u k t -k v o t s i n t e r v a l l e t 4-13% är ö-kningen oväntat l i t e n , endast ca 0,12 min/%, d v s 7 s/%f men andra s t u d i e r har också f u n n i t låga värden inom samma f u k t k v o t s i n t e r v a l l ( S c h a f f e r ) .

Vatteninnehållet i panelen hade dock avgörande b e t y d e l s e för ungstempera-t u r e n v i d p r o v n i n g av ungstempera-t j o c k a paneler samungstempera-t paneler med hög f u k ungstempera-t k v o ungstempera-t som därför i n t e kunde provas, u t a n a t t ugnstemperaturen sjönk under tillåtna minimivärden. 20 15 10 brandmotstånd. min PÅ PANEL K e n k e l f a s s p o n t ^ d u b b e l f a s s p o n t O pärlspont '^ s p d r p a n e l (1) X sp&rpanel (3) A s p d r p a n e l (3) kärnved + s i a t s p o n t s p l i n t v e d slätspont ek fuktkvot % 10 15 F i g u r 8. Fuktkvotens i n v e r k a n på p a n e l a v s n i t t e t s b i d r a g t i l l brandmot-ståndet v i d 14 mm p a n e l t j o c k l e k .

18 20 15 10 brandmotstånd. min SLÄTSPONT 15 mm SPÅRPANEL 13 mm SLÄTSPONT 8 mm C l o D . (V CL cr o cr QJ (V a. c o C l If) F i g u r 9. Jämförelse av b i d r a g t i l l brandmotstånd v i d spont och på panel. 15 10 brandmotstånd, min VID SPONT •ro r—1 OJ o CL CO ( n tu cu -Q o cz o CL tn 1—I c_ •fD CL ro C L c_ •ro a. tn c : (V c c n (U c: ro CL C-C3. tn ro CL C-<ö Q. tn cu CL cn F i g u r 10» O l i k a panelers b i d r a g t i l l brandmotstånd v i d spont och 14 mm p a n e l t j o c k l e k .

19

O l i k a p a n e l t y p e r

Spontfogens u t f o r m n i n g kan v a r i e r a mellan o l i k a p a n e l t y p e r men fogen är i r e g e l tunnare än panelen i övrigt. Spontade paneler med undantag av slät-spont har t ex o f t a en urspårning e l l e r a v f a s n i n g v i d slät-spont. Paneler utan förstärkning har därför lägst brandmotstånd v i d spont, som därmed b l i r avgörande för väggpanelens t o t a l a brandmotstånd, se f i g u r 9.

F i g u r 10 v i s a r o l i k a p a n e l e r s b i d r a g t i l l brandmotståndet v i d spont. Re-s u l t a t e n har k o r r i g e r a t Re-s t i l l 14 mm p a n e l t j o c k l e k . Panelerna har r e l a t i v t l i k a brandmotstånd v i d spont med undantag av slätspont och en spårpanel (nr 3 ) , som har lägre brandmotstånd. Detta är något förvånande särskilt för slätsponten som är jämntjock v i d spont. Spårpanelen n r 3 är avfasad på båda s i d o r , v i l k e t kan förklara det lägre brandmotståndet.

På baksidan av breda paneler f i n n s i r e g e l frästa spår, s k avspännings-spår. Dessa minskar e v e n t u e l l kupning v i d t o r k n i n g och gör panelen mer formbar. Spårens a n t a l och dimensioner kan v a r i e r a . Djupet på spåret får dock vara högst 40 % av p a n e l t j o c k l e k e n .

Avspänningsspåren är i n t e avgörande för panelernas t o t a l a brandmotstånd. Temperaturen i b o t t e n av spåren har l i t e n i n v e r k a n på bakomliggande mate-r i a l i en k o n s t mate-r u k t i o n e f t e mate-r s o m d i mate-r e k t k o n t a k t saknas i själva spåmate-ret. Fömate-r s a m t l i g a provade paneler med avspänningsspår var spåren t i l l synes i n t a k

-ta v i d den t i d då sponten i n t e längre u p p f y l l d e f u n k t i o n s k r a v e n .

Träpaneler innehåller i r e g e l både s p l i n t v e d och kärnved. I panelen före-kommer dessutom k v i s t a r med en s t o r l e k som bestäms av k v a l i t e t s k r a v . D e t t a har s t u d e r a t s s y s t e m a t i s k t för några f a l l . F i g u r 11 v i s a r brandmot-ståndet på panel för p a n e l e r med u t e s l u t a n d e s p l i n t v e d resp kärnved samt brandmotståndet på k v i s t . S k i l l n a d e n mellan kärnved och k v i s t är l i t e n , s p l i n t ger däremot något lägre brandmotstånd. Förklaringen t i l l d e t t a är t r o l i g e n kärnvedens och k v i s t e n s innehåll av h a r t s , som kräver värme för a t t förångas.

Området r u n t k v i s t e n har en tendens a t t ge lägre brandmotstånd än på k v i s t e n . V i d några försök uppstod hål p g a de fiberstörningar som k v i s -ten o r s a k a r . Men t o t a l t är s k i l l n a d e n mellan k v i s t i g och k v i s t f r i panel s a n n o l i k t l i t e n . 20 15 10 brandmotstånd, min PÅ PANEL 12.5 mm •o CD > C-•ra F i g u r 1 1 . Brandmotstånd hos f u r u p a n e l av enbart s p l i n t - r e s p e k t i v e kärnved samt v i d k v i s t .

20 20 15 10 brandmotstånd. min SPÄRPANEL 14 mm VID SPONT (j ID t—i tn X3 TD tn CD C 103 »4-cn T 3 T3 tn -a ro I—I •o c= ro -C _Q) X 3 O F i g u r 12. Flamskyddslackade p a n e l e r s b i d r a g t i l l brandmotståndet v i d spont jämfört med obehandlad panel. y t s k i k t s k l a s s i n n-m ir III

21 Flamskyddsbehandlade p a n e l e r

En flamskyddsbehandling avser i första hand a t t fördröja antändning och f l a m s p r i d n i n g , d v s ge e t t skydd i brandens t i d i g a skede. Obehandlade träpaneler u p p f y l l e r y t s k i k t s k l a s s I I I , men kan uppnå k l a s s I e l l e r I I genom y t b e h a n d l i n g med flamskyddslack e l l e r färg e l l e r impregnering med flamskyddsvätska.

Tre o l i k a f a b r i k a t av flamskyddslack samt en flamskyddsfärg provades. Färgen a p p l i c e r a d e s på panelen med pensel i den mängd som angavs från r e s p e k t i v e t i l l v e r k a r e för a t t uppnå k l a s s I . I f i g u r 12 jämförs brandmotståndet v i d spont hos flamskyddsmålad och obehandlad spårpanel. Y t -s k i k t -s k l a -s -s e n h a r be-stämt-s -separat genom p r o v n i n g e n l i g t den -s k lådmeto-den, SIS 02 48 23. O l i k a y t s k i k t s k l a s s e r uppnåddes därvid. Brandmotstån-det följer i s t o r t y t s k i k t s k l a s s e n , d v s paneler med högre y t s k i k t s k l a s s har högre brandmotstånd. Några säkra s l u t s a t s e r kan därför i n t e dras om e v e n t u e l l a s k i l l n a d e r i brandmotstånd hos de o l i k a y t b e h a n d l i n g a r n a . V i kan endast k o n s t a t e r a a t t en y t b e h a n d l i n g kan öka panelens brandmot-stånd. Flamskyddslackerna och flamskyddsfärgen är s a m t l i g a av svällande t y p , d v s b i l d a r e t t i s o l e r a n d e s k i k t v i d brandpåverkan.

En flamskyddsimpregnerad panel i n g i c k också, se f i g u r 13. Den impregnera-de panelen h a r ungefär samma brandmotstånd som obehandlad p a n e l , båimpregnera-de v i d spont och på p a n e l . På panel var s p r i d n i n g e n s t o r , s a n n o l i k t p g a

s p r i c k o r som uppstod t i d i g t under brandprovningen. Den största s k i l l n a d e n syntes i k o l s k i k t e t s s t r u k t u r , som var slätare och med smalare s p r i c k o r för den flamskyddsimpregnerade panelen.

20 15 10 brandmotstånd, min FLAMSKYDDS-IMPREGNERAD OBEHANDLAD cu ro Q. O Q. ro o . Y t s k i k t s k l a s s F i g u r 13. Flamskyddsimpregnerad panels b i -drag t i l l brandmotståndet v i d spont och på panel jämfört med obehandlad p a n e l .

22

Brandinträngning - förkolning

H a s t i g h e t e n för brandförloppet i en träkonstruktion kan anges på o l i k a sätt. För massiva träkonstruktioner anges v a n l i g e n förkolningshastighe-ten, som är konstant under v i s s a förutsättningar (Hadvig, S c h a f f e r ) . E t t annat mått kan baseras på k r i t e r i e r n a för brandmotstånd, i s o l e r i n g och i n t e g r i t e t . D e t t a mått är i n t e så v a n l i g t men kan k a l l a s brandinträng-n i brandinträng-n g . Både brabrandinträng-ndibrandinträng-nträbrandinträng-ngbrandinträng-nibrandinträng-ngs- och förkolbrandinträng-nibrandinträng-ngshastighetebrandinträng-n kabrandinträng-n beräkbrandinträng-nas för p a n e l a v s n i t t e t . H a s t i g h e t e r n a anges i mm/min men är e j i d e n t i s k a . H a s t i g -heten v i d brandinträngning är främst baserad på t e m p e r a t u r k r i t e r i e t , d v s i r e g e l innan panelen är förkolnad på baksidan^ och är därför högre än förkolningshastigheten men i övrigt i s t o r t s e t t p r o p o r t i o n e l l , se f i g u r 14. ibrandintrångning mm/min 1.5 PÄ PANEL l i k a h a s t i g h e t ID s l d t s p o n t + s i a t s p o n t s p l l n t v e d « B i a t s p o n t e k A s p å r p a n e l (3) k ä r n v e d <> s p d r p a n e l (3) f l a m s k y d d s l m p r e g n e r a d förkolning mm/min 1 1.5

F i g u r 14. Brandens i n t r a n g n i n g s h a s t i g h e t är högre än förkolningshastig-heten.

Brandinträngningen anges i f i g u r 13 som f u n k t i o n av p a n e l t j o c k l e k respek-t i v e d e n s i respek-t e respek-t . Hos den respek-tunna panelen, 8 mm, sker brandinrespek-trängningen snabbare än för övriga p a n e l e r , v i l k e t förklaras av a t t t j o c k a r e paneler får e t t t j o c k a r e skyddande k o l s k i k t och därmed långsammare n i n g . För t j o c k a r e paneler saknar t j o c k l e k e n betydelse för brandinträng- brandinträngn i brandinträngn g s h a s t i g h e t e brandinträngn som är 0,9 1,1 mm/mibrandinträngn. D e brandinträngn s i t e t e brandinträngn h a r brandinträngnästabrandinträngn ibrandinträngngebrandinträngn i brandinträngn -verkan inom d e t undersökta d e n s i t e t s i n t e r v a l l e t 465-730 kg/m-'. V i d spont

v a r i e r a r brandinträngningen mellan 1,2 och 1,7 mm/min (räknat på t o t a l p a n e l t j o c k l e k ) .

Förkolningshastigheten bestämdes u r resterande tvärsnitt och t i d e n då försöket avbröts. Samtliga paneler släcktes noggrant e f t e r v a r j e försök så a t t ingen y t t e r l i g a r e förkolning kunde ske, men panelerna v a r då t i l l s t o r d e l förkolnade. Den förkolningshastighet som bestämdes s k i l j e r s i g

23 därför något från vad som normalt anges för massiva träkonstruktioner, där förkolningshastigheten är konstant endast så länge förkolningen är högst l i k a med 1/4 av d e t u r s p r u n g l i g a tvärsnittets mått p a r a l l e l l t med inträngningsriktningen ( P e t t e r s o n , tJdeen). Därefter ökar förkolningshas-t i g h e förkolningshas-t e n . Den förkolningshasförkolningshas-tigheförkolningshas-t som mäförkolningshas-tförkolningshas-tes v i d försöken kunde därför förväntas b l i högre än för massiva k o n s t r u k t i o n e r . Men för s a m t l i g a panel e r var förkopanelningshastigheten panelägre än 0,8 mm/min, d v s av samma s t o r -l e k s o r d n i n g som för massivt trä av samma d e n s i t e t och under motsvarande brandförhållanden (Hadvig, S c h a f f e r ) . 1.5 brandinträngning mm/min \ \ « \

V-PÄ PANEL

(5)

t j o c k l e k , mm 1.5 O 10 20 30 brandinträngning mm/min PÅ PANEL 40 50 60 O X _{• slätspont} + slätspont s p l i n t v e d « slätspont ek O pärlspont X e n k e l f a s s p o n t ^ d u b b e l f a s s p o n t X spårpanel (3) A spärpanel (3) kärnved <!> spårpanel (3) flamskvddsimpregnerad d e n s i t e t kg/m3 400 450 500 550 600 650 700 750 800

F i g u r 13. Brandinträngning på panel som f u n k t i o n av t j o c k l e k r e s p e k t i v e d e n s i t e t .

I övre diagrammet är värdet för 44 mm slätspont e t t maximalt värde erhållet v i d låg f u k t k v o t (se f i g u r 6 ) .

24

DISKUSSION OCH SLUTSATSER

Träpanelers b i d r a g t i l l brandmotståndet hos en k o n s t r u k t i o n bestäms av spontfogen mellan panelbrädorna, som genomgående har lägre brandmotstånd än p a n e l a v s n i t t e t . Spontfogens u t f o r m n i n g har l i t e n b e t y d e l s e , d v s pa-n e l e r med o l i k a a v f a s pa-n i pa-n g o d y l v i d spopa-ntepa-n h a r upa-ngefär samma brapa-ndmot- brandmot-stånd v i d l i k a p a n e l t j o c k l e k . Det f i n n s dock en v i s s tendens t i l l a t t slätspont, som är jämntjock v i d spont, har lägre brandmotstånd än avfasa-de s p o n t p r o f i l e r , v i l k e t är förvånanavfasa-de. Några andra s t u d i e r är i n t e kän-da.

Tjockleken är i övrigt den parameter som har störst i n v e r k a n på panelers b i d r a g t i l l brandmotståndet. Andra parametrar som d e n s i t e t , f u k t k v o t , k v i s t , kärn och s p l i n t v e d har l i t e n betydelse inom de undersökta i n t e r -v a l l e n , som mots-varar normal byggan-vändning a-v s-venska träslag. S c h a f f e r har s t u d e r a t i n v e r k a n av d e n s i t e t och f u k t k v o t inom större i n t e r v a l l än i denna s t u d i e . Han fann a t t d e n s i t e t e n s i n v e r k a n v a r något större och f u k t k v o t e n s i n v e r k a n ungefär l i k a s t o r som i denna s t u d i e .

Flamskyddsimpregnering har h e l l e r ingen mätbar e f f e k t på panelens brand-motstånd, men k o l s k i k t e t b l i r mer sammanhängande och får smalare s p r i c k o r än för obehandlade p a n e l e r . Svällande flamskyddslacker kan däremot för-bättra panelens b i d r a g t i l l brandmotståndet. Endast en jämn a p p l i c e r i n g över h e l a y t a n har p r o v a t s . T r o l i g e n s k u l l e en a p p l i c e r i n g enbart i spontfogen vara l i k a e f f e k t i v , men kan vara svår a t t utföra i p r a k t i k e n . Hastigheten hos brandinträngningen i en träkonstruktion kan anges på o l i k a sätt. För massiva träkonstruktioner anges v a n l i g e n förkolningshast i g h e förkolningshast som är konsförkolningshastanförkolningshast under v i s s a föruförkolningshastsäförkolningshastförkolningshastningar. E förkolningshast förkolningshast annaförkolningshast och o v a n l i -gare mått är s k brandinträngningshastighet som baseras på k r i t e r i e r n a för brandmotstånd, i s o l e r i n g ( t e m p e r a t u r ) och i n t e g r i t e t . Hastigheten för brandinträngning är i allmänhet större än för förkolning, eftersom t ex t e r m p e r a t u r k r i t e r i e r n a uppnås innan träet förkolnat. Brandens inträng-n i inträng-n g s h a s t i g h e t på painträng-nel är 0,9 - 1,1 mm/miinträng-n utom för painträng-neler tuinträng-ninträng-nare äinträng-n ca 10 mm där den är högre, ca 1,25 mm/min. Förkolningshastigheten är i s a m t l i g a f a l l lägre än 0,8 mm/min. Sistnämnda överensstämmer med det

vär-de som i allmänhet anges för massivt trä, 0,6 - 0,8 mm/min (Hadvig, S c h a f f e r ) . V i d spont är brandens inträngningshastighet högre, 1,2 t i l l 1,7 mm/min. Någon förkolningshastighet kan i n t e beräknas där.

Brandmotståndet v i d spont bestäms o f t a r e av i s o l e r i n g s k r a v e n (temperatur på oexponerad s i d a ) än av i n t e g r i t e t s k r a v e t (täthet mot lågor och heta g a s e r ) . På panel bestäms brandmotståndet i de f l e s t a f a l l av i s o l e r i n g s -kraven. Samtliga data gäller för paneler utan i s o l e r i n g och i v e r t i k a l t läge.

De data som p r e s e n t e r a t s kan utgöra hjälpmedel v i d u p p s k a t t n i n g a r av hela k o n s t r u k t i o n e r s brandmotstånd. E t t exempel är Godkännandelista B. Där jämställs i a v s n i t t e t g e n e r e l l a godkännanden för väggar och bjälklag, 15 mm spontad träpanel med 9 mm beklädnadsskiva och 19 mm spontad träpa-nel med 12 mm beklädnadsskiva. För 15 mm träpaträpa-nel är b i d r a g e t t i l l brand-motståndet e n l i g t denna s t u d i e ca 10 min, v i l k e t väl överensstämmer med 9 mm beklädnadsskiva e n l i g t t i d i g a r e s t u d i e r (Norén och östman). 19 mm spontad panel ger däremot något lägre b i d r a g t i l l brandmotståndet än 12 mm beklädnadsskiva. P a n e l t j o c k l e k e n behöver ökas t i l l 21 mm för a t t

25 brandmotståndet ska b l i ca 15 min, d v s likvärdigt med 12 mm beklädnads-s k i v a .

R e s u l t a t e n kan också användas d i r e k t för mer s p e c i f i k a k o n s t r u k t i o n e r och som underlag för f o r t s a t t a s t u d i e r av andra komponenter i en k o n s t r u k -t i o n .

REFERENSER Hadvig, S.:

Charring o f wood i n b u i l d i n g f i r e s .

Technical U n i v e r s i t y o f Denmark, Lyngby, 1981. Norén, J . och östman. B.:

S k i v m a t e r i a l s b i d r a g t i l l brandmotståndet. TräteknikRapport n r 79, 1985. P e t t e r s s o n , 0. och ödeen. K.: Brandteknisk dimensionering. L i b e r Förlag, 1978. S c h a f f e r , E.L.: Charring r a t e o f s e l e c t e d woods, t r a n s v e r s e t o g r a i n USDA For. Serv. Res. Pap., FPL 69, 1967.

Statens p l a n v e r k :

Godkännandelista B. Typgodkännanden - brandskydd. (Ges u t minst 1 gång/år.)

Träinf ormation:

A t t välja trä, trävaror och träprofiler t i l l bygget. 1984.

26 SUMMARY

The c o n t r i b u t i o n from wood boarding t o t h e t o t a l f i r e r e s i s t a n c e o f a w a l l c o n s t r u c t i o n has been determined by experiments i n a s m a l l f u r n a c e . D i f f e -r e n t boa-rdings and tongue and g-roove j o i n t s have been s t u d i e d .

The f i r e r e s i s t a n c e i s lowest a t the j o i n t s , which thus are d e c i s i v e f o r the f i r e r e s i s t a n c e o f whole b o a r d i n g . The d i f f e r e n c e between d i f f e r e n t types o f j o i n t s i s s m a l l a t equal panel t h i c k n e s s .

The panel t h i c k n e s s has t h e l a r g e s t i n f l u e n c e on t h e c o n t r i b u t i o n t o f i r e r e s i s t a n c e . Other parameters as d e n s i t y , moisture c o n t e n t , k n o t s , heartwood and sapwood have l i t t l e i n f l u e n c e w i t h i n t h e normal range. F i r e r e s i s t i v e c o a t i n g s may i n c r e a s e t h e f i r e r e s i s t a n c e ^ w h i l e c o n v e n t i o n a l flame r e t a r -dant impregnation has no i n f l u e n c e .

The f i r e p e n e t r a t i o n r a t e on boarding (as determined from temperature o r i n t e g r i t y c r i t e r i a ) i s 0.9 - 1.1 mm/min and a t j o i n t s 1.2 - 1.7 mm/min (on t o t a l panel t h i c k n e s s ) .

The c h a r r i n g r a t e on boarding i s l e s s than 0.8 mm/min, i . e . o f t h e same order o f magnitude as f o r s o l i d wood.

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troedssons forskningsfond

Trätel<nikCentrum

Box 5609, 114 86 S T O C K H O L M Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00

Telex: 14445 tratek s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli

INSTITUTET FÖR TRÄTEKNISK FORSKNING

Äsenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 ISSN 0280-6789 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen I I Telefon: 0910-652 00 Telex: 65031 expolar s Telefax: 0910-652 65